CN105121733B - 使用致密流体的耐久拒水剂的应用和活化 - Google Patents

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Abstract

使用致密流体的加压系统可以应用和/或活化耐久拒水剂。可以通过以下步骤来活化结合在衣物纤维上的耐久拒水剂：首先，经由加压致密流体清洁过程去除污染物，然后，经由衣物与致密流体的相互作用及其气态漂洗循环向所述耐久拒水剂通入能量。

Description

使用致密流体的耐久拒水剂的应用和活化
相关申请
本申请涉及并且要求2013年2月8日提交的美国临时专利申请第61/770,964号和2014年2月27日提交的美国非临时专利申请第14/192,545号的优先权的权益，这两个专利申请的内容以引用的方式全部并入本文，如同在本文中完全阐述一样。
技术领域
本发明的实施例大体上涉及耐久拒水剂，并且更加具体地，涉及使用致密二氧化碳的耐久拒水剂的应用和/或活化。
背景技术
耐久拒水剂（DWR）是添加到织物以使它们拒水（或者疏水）的涂层。疏水效果是一种观察到的非极性物质在水溶液中聚集并且排除水分子的趋向。由于电子的对称布置，所以非极性物质在双原子分子的两个原子之间拥有等价的电子。“疏水”该名称的字面意思是“怕水”，描述了在水与非极性物质之间的偏析和明显排斥。疏水效应阐释了将油和水的混合物分离为其两种成分，并且在非极性表面（诸如，蜡叶）上结成水珠。
疏水作用大多是由通过非极性溶质破坏了在液态水分子之间的高度动态氢键所导致的熵效应。大分子的碳氢链或者相似的非极性区域不能与水形成氢键，因此，将这种非氢键表面引入水导致破坏了在水分子之间的氢键网络。在DWR中，氢键被重新取向为与表面相切，以最小化对水分子的氢键3D网络的破坏，由此在非极性表面周围产生水“笼”。形成“笼”（或者，溶剂化壳）的水分子的流动性受限。通过聚集这种分子，非极性分子减小了暴露于水的表面积，并且最小化了它们的断裂效应。由此，增强水凝聚力。
也可以通过测量在水与非极性溶剂之间的非极性分子的分配系数，来量化疏水效应。可以将分配系数转换为迁移自由能，该迁移自由能包括焓和熵成分。回想一下，焓是对热动力系统的总能量的度量，而熵是无序性的度量或者可以设置系统的方法的数量。疏水效应在室温下是熵驱动的，这是由于水分子在非极性溶质的溶剂化壳中的流动性降低。然而，转移能量的焓成分是有利的，这意味着，存在对溶剂化壳中的水-水氢键的增强，这显然是因为水分子的流动性降低。溶剂化壳是用作溶剂并且围住溶质类物质的任何化学物质的壳。当溶剂为水时，其常常称为水化壳或者水化球。在较高温度下，当水分子变得更能流动时，该能量增益降低，但是熵成分也降低。由于这种熵-焓补偿作用，疏水效应（以迁移自由能来衡量）仅仅是弱温度依赖性的，并且在较低温度下变得更小。
在历史上，含有长全氟烃链的DWR已经是用于纺织品应用的化学首选。全氟化学品用于将含有全氟烃链的原料混合到用作DWR整理剂的丙烯酸或者聚氨酯聚合物中。DRW整理剂的独特拒水防油特性源自于连接在丙烯酸或者聚氨酯聚合物骨架上的全氟烃链。由此，大多数工厂化DRW处理基于含氟聚合物。含氟聚合物是具有多个牢固的碳-氟键的碳氟基聚合物。含氟聚合物兼具碳氟化合物的特性，不像碳氢化合物一样容易受到范德华力的影响。这成就了它们的不粘特性和减磨特性。同时，由于添加到化学化合物的多个碳-氟键，所以它们的稳定的。含氟聚合物从机械上可以归为热固性材料和热塑性材料。含氟聚合物可以是均聚物或者共聚物，并且特征在于高耐溶剂性、高耐酸性和高耐碱性。虽然下面针对一般的DWR处理以及更具体地针对含氟聚合物的使用对本发明进行了描述，但是本领域的普通技术人员要认识到，下面描述的创新技术及相关的设备也同样适用于包括全氟辛烷磺酰基化合物盐（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）的其他类型的氟化物。而且，本发明也同样适用于短链氟化DWR化学成分。
硅是拒水剂常常涉及的另一化学结构。硅树脂拒水剂或者防水剂一般呈两种形式。弹性体聚二甲基础氧烷描述了粘附至基体的弹性体涂层，并且固化形成弹性的保护膜。渗透性拒水化学品描述了具有可交联侧链的活性硅烷和硅氧烷树脂。这些材料具有较小的分子结构，这使得它们能够深入地渗透到它们所化学结合的基体中。
硅树脂具有低表面张力，这使得它们能够容易地扩散并且渗入基体的孔中。其高弹性高流动性的硅氧烷骨架使得拒水甲基基团自身朝着表面定向，从而产生了与氟基化合物相似的防水“伞”。拒水剂，诸如DWR，通常结合防水透气织物使用，以防止织物的外层变得被水饱和。这种饱和称为“浸湿”，可以降低服装的透气性（通过透气膜的水分传输），并且允许水进入。如果不用DWR，即使是防水夹克的外层也会变得浸满水并且变重，而浸湿的织物往下垂并且贴在穿用者身上。而且，由于DWR不会“涂布”表面，而是结合到纺织品纤维上，从而使纤维之间的空间完整，所以DWR不会抑制透气性。
用于DWR处理的工厂应用的现有方法涉及通过喷涂或者浸渍将化学溶液应用到织物表面上。近来，通过使用化学汽相沉积（CVD）机械，以汽相应用化学成分。考虑到美国环境保护署认为全氟酸对人体健康存在隐患，后来的成就已经从应用过程中取消了全氟酸。
耐久拒水剂（DWR）涂层在许多市场上是普遍的；例如，户外服饰、齿轮、帐篷等。通常，将这些涂层应用到纺织品或者织物基体，该基体然后成为成品的一部分，诸如，夹克或者派克大衣、睡袋、鞋类或者帐篷，略举几例。从工业级别上说，当对织物或者纺织品进行处理时，经由“润湿”化学工艺应用DWR剂，然后，经由加热且再次经由工业工艺而将其“活化”或者“通入能量”。“活化”的DMR处理后的纺织品结合到下游成品中（例如，派克大衣）。
DWR剂以及对其应用、“活化”、“再应用”和“再活化”的过程存在几个问题。第一个问题是在DWR中存在的碳氟化合物是生物累积的（即，它们进入并且停留在接触者血流中），并且它们在自然环境下不会降解。由此，目前使用的两种主要DWR都被EPA视为“可致癌物质”。
另外，应用它们的过程需要大量的能量、时间和化学品，并且产生了成问题的二次废流。而且，DWR涂层容易降解，从而，在重复使用经DWR处理的物品（例如，夹克）和/或在多次水洗和磨耗之后，DWR涂层不断变得“失活”。导致该失活的通常途径是油、灰尘和颗粒，它们累积并且干扰分子级的实际DWR拒水特性。导致的后果是减弱了拒水性，这会影响适销性和客户满意度，并且可影响产品质保和/或成本。
存在用DWR剂来“再活化”和“再涂布”成品服饰的家用方法，然而，这些方法效果差、可靠性低，并且需要较长的耗力耗能的步骤以“通入能量”给新应用的DWR，和/或者“再活化”之前存在的DWR。因此，需要提供一种高效且有效地在经DWR处理的材料中恢复DWR特性的方法。现有技术的这些和其他不足通过本发明的一个或者多个实施例来解决。
本发明的附加优点和新颖特征将部分地在以下说明中阐述，并且本领域技术人员在研究了下述说明书的基础上或者通过实践本发明后，部分变得显而易见。本发明的优点可以借由尤其在所附权利要求书中具体提出的工具、组合、组分和方法来实现和获得。
发明内容
下文描述了用于应用和/或活化耐久拒水剂的系统及相关方法。一个活化耐久拒水性的方法实施例包括：将具有一种或者多种纤维的物品沉积入压力容器内，其中，物品的一种或者多种纤维与耐久拒水剂结合。之后，用致密流体处理物品以去除污染物。在清洁物品之后，该过程继续：结合到物品的一种或者多种纤维的耐久拒水剂通入能量。
相似地，可以通过将物品沉入压力容器内来将耐久拒水剂应用至具有一种或者多种纤维的物品，然后，用致密流体处理物品以去除污染物。在这种情况下，致密流体包括溶液中结合到物品纤维上的耐久拒水剂。在一个实施例中，一旦结合到纤维上，便通过将物品进行高压气态漂洗循环，来向耐久拒水剂通入能量。
根据另一实施例，本发明进一步包括用于活化耐久拒水剂的系统。这种系统可以包括：压力容器，其可操作为将致密流体保持在超大气压力下；储槽，其流体联接至压力容器，用于储存致密流体；以及蒸馏系统，其流体联接至压力容器和储槽。蒸馏系统可操作为从致密流体去除悬浮的污染物和溶解的污染物。最后，该系统包括具有一种或者多种纤维的物品，该物品的纤维与耐久拒水剂结合。在压力容器内，该物品与致密流体的相互作用，包括暴露于在高压气态漂洗循环期间产生的静电，向耐久拒水剂通入能量。
在本发明的又一实施例中，可以通过使用包括可操作为将致密流体保持在超大气压力下的压力容器的系统，将耐久拒水剂应用到物品的纤维上，其中，致密流体包括耐久拒水剂溶液。该系统还可以包括流体联接至压力容器的储槽和蒸馏系统，其中，蒸馏系统可操作为从致密流体去除悬浮的污染物和溶解的污染物。在物品与致密流体之间的相互作用使一种或者多种纤维粘合在一起，并且并行地向其结构通入能量。
在本公开和以下详细说明中描述的特征和优点不是完全详尽的。对于相关领域中的普通技术人员而言，鉴于本公开的附图、说明书和权利要求书，许多附加特征和优点都是将是显而易见的。而且，应该注意，在本说明书中使用的语言原则上是出于可读性和指示目的而选择的，并且不是用于描绘或者限制创造性主题而选择的。要确定创造性主题，需要参照权利要求书。
附图说明
通过参照结合附图所做的一个或者多个实施例的以下说明，本发明的上述和其他特征和目的以及或者这些特征和目的的方式将变得显而易见，并且将最好地理解该发明本身。
图1是根据本发明的一个实施例的致密流体清洁系统的高级描绘；
图2显示使用本发明的致密流体清洁系统以应用和/或活化DWR的方法实施方式的流程图。
附图仅仅出于图示之目的而描绘了本发明的实施例。本领域的技术人员从以下论述中将容易认识到，在不脱离此处描述的本发明的原理的情况下，可以采用此处图示的结构和方法的替代实施例。
具体实施方式
DWR通过增加在水与纺织品或者相似表面接触时所产生的接触角度或者表面张力来发挥作用。基本上，高接触角度产生显微镜下的“钉状”表面，该表面使水滴悬浮在纺织品的外缘上。结果，水滴保持为圆形，更像是拱形水珠。水滴越圆，其越容易从衣服或者纺织品上滚落。相反，低接触角度使水滴散开并且贴紧纺织品，最终渗入纺织品中。存在于所有DWR中的分子链可能会受到物理接触（摩擦）的影响，并且可能会被灰尘和油掩盖。结果是减小了表面张力，并且使水被拉平或者附着到纺织品。
本发明提供了一种更简单、更快捷、更有效并且更少能量和化学品消耗的用于活化存在于纺织品或者织物基体的方法。本发明的一个实施例采用致密相（例如，液态或者超临界）二氧化碳（CO2）作为“湿法处理”，具体地，经由对所涉（多个）物品进行处理的基于CO2的清洁系统。
专用于采用致密相CO2作为主要清洁/漂洗剂的CO2清洁过程（包括高压气态漂洗循环）的机制实现了增强型DWR的化学结构，从而活化和/或应用DWR性能。
根据本发明的一个实施例，CO2清洁方法包括向存在于DWR成分中的分子键通入能量的增强型漂洗和蒸馏工艺。这通过容纳在系统中的合适的热动力平衡（诸如经由冷藏进行的热转移）来实现，该系统设计有足够的储存能力以实现连续的实时的CO2蒸馏，以便分离污染物，从而通过清洗&漂洗循环产生未受污染的纯CO2。更加具体地，本发明的连续蒸馏系统和CO2处理为DWR含氟聚合物和/或硅键通入能量，从而增强其疏水性能。
在现有技术中，CO2清洁系统的早期原型按照不精确的批量的方式来蒸馏CO2。一些人使用部分蒸馏，而另一些人根本不蒸馏流体，而是依赖于过滤作为清洁CO2的机制。其他人使用差动压力进行蒸馏。
由于各种原因，CO2纯化结果较差，这些原因包括：工艺流程和阀门/管道设计较差，限制了维持精确的过程控制的能力，并且太小而不能处理机器的CO2量。而且，这些机器的压缩特性也太低，无法实现在整个清洁过程期间将所需量CO2的保持为干净纯化形式所需的蒸馏。本发明提出了一种连续蒸馏和漂洗系统，该系统不仅产生纯化的CO2来协助清洁纺织品，而且还向在大DWR分子之间的分子键通入能量，以进一步抑制其与水分子中的氢结合的能力。结果，水分子形成水笼，并且在经DWR处理过的表面上结成水珠。
引起DWR的增强型应用和/或活化的本发明的另一方面是在清洗/漂洗过程期间高速提取CO2并且在精确速度控制下使用高级驱动（变频驱动（VFD））来加速并且增强静电生成。通过引入气态漂洗循环而实现的该静电荷生成向DWR通入能量并且将其活化。另外，本发明的CO2清洁过程所增加的压力向经DWR处理过的织物增添了另外的能量，最终增强了DWR性能。注意，本发明不像现有技术中所应用的那样采用热量作为向DWR“通入能量”并且将其活化的机制。因此，作为可最终损坏衣服的热量的替代，本发明在使DWR分子重排为其最有效配置的CO2提取和回收循环中生成能量（例如，静电）。由于本发明所体现的受控环境，DWR分子排列对齐成它们最高效的疏水形式。
根据本发明的另一实施例，DWR可以通过使用此处提出的技术应用于预制衣服和/或坯织物或者成品织物，并且可以实现原始设备制造商（OEM）级的优异效果，从而赋予增强型拒水特性。而且，本发明的实施例可以用于在相同的系统内对二级市场中的DWR进行再应用和再活化，作为衣服或者其他物品的一般重建或者服务的一部分。
本发明的一个或者多个实施例描述了一种在大约持续了30分钟的清洁过程中使用连续清洁/纯化CO2源和/或超临界CO2的封闭系统。由于不存在二次废弃，所以所有氟碳化合物和DWR剂都包含在封闭系统内，并且水不用作清洁介质。该过程不仅包括污染物的提取（如前所述，这可能会降低DWR性能），而且通过引入额外形式的能量(如静电)和在减压期间发生能量交换，将DWR化学结构重新形成（重排）为其最佳形式。与实施措施以缓和静电产生的常规清洁和干燥过程不同，本发明采用用于增强静电产生（静电稍后向DWR通入能量）的技术，以便排列对齐DWR分子的极。
后文参照附图对本发明的实施例进行详细描述。虽然本发明已经被描述和图示为具有一定的特殊性，但是要理解，仅仅出于示例的方式完成了本公开，并且，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对零部件的组合布置就行若干改变。
提供下面参照附图进行的描述，用来帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。下面的描述包括各种帮助理解的具体细节，但这些细节应被认为仅仅是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对这里描述的实施例做各种改变和修改。另外，为了清晰和简要，省略了公知的功能和构造的描述。
在下面的描述以及权利要求中使用的术语和词语不局限于书面意思，而仅由发明人使用以便能够清楚且一致地理解本发明。因此，对本领域的技术人员应该清楚的是，提供本发明示例性实施例的下面描述仅用于举例说明的目的，并非出于限制由权利要求及其等同物限定的本发明的目的。
耐久拒水剂（DWR）是性能属性（效果）可以包括拒水、拒油、拒污、拒土、易去污、易去土和耐用性（例如，耐洗涤、干洗、磨损、曝光、雨水等）的纺织品整理剂。
含氟聚合物是通过含有氟的单体的（共）聚合以产生氟直接结合到聚合物骨架的碳上的聚合物而制成的氟化聚合物。
关于术语“基本上”，其是指列举的特征、参数或值不需要精确地实现，而是偏差或变化（包括：例如，公差、测量误差、测量精确度限制和对本领域技术人员已知的其他因素在内）可以以不妨碍特征意图提供的作用的量发生。
贯穿整个附图，类似的附图标记表示类似的元件。在图中，出于清楚起见，特定线、层、部件、元件或者特征的大小可以夸大。
此处使用的术语是仅仅为了描述特定实施例，并且不旨在限制本发明。如此处使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确表示。由此，例如，提到“部件表面”包括提到一个或者多个这种表面。
如此处使用的，任何提到“一个实施例”或者“实施例”表示结合该实施例描述的特定元件、特征、结构和特性包括在至少一个实施例中。在说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”并不一定都指的是同一个实施例。
如同此处用到地，用语“包括”、“包含”、“有”、“具有”或者其任何其他变型旨在涵盖非排他性包括。例如，包括一系列元件的过程、方法、物品或者设备并不一定局限于仅仅是这些元件，也可以包括未明确列出的或者这种过程、方法、物品或者设备所固有的其他元件。进一步地，除非另有相反表述，否则“或者”是包容性的“或者”，而不是排他性的“或者”。例如，条件A或者B满足以下任一种情况：A为真（或者，存在）并且B为假（或者，不存在）；A为假（或者，不存在）并且B为真（或者，存在）；A和B均为真（或者，存在）。
除非另有限定，否则此处使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。要进一步理解，术语，诸如在通常使用的字典中定义的术语，应当被解释为具有与它们在说明书上下文和相关技术中的意思相一致的意思，并且不应当以理想化或过分形式化的意义来解释，除非此处特别地这样定义。为了简短和/或清楚，不详细描述公知的功能或构造。
还要理解，当提到一个元件“在”另一个元件“上”、“附接”至、“连接”至另一元件、与另一元件“耦合”、“接触”、“被安装”时，该元件可以直接在该另一元件上、直接附接至、连接至该另一元件、与该另一元件耦合或者接触，或者，也可以存在其它元件或中介元件。相反，例如，当提到一个元件“直接在”另一元件“上”、“直接附接”至、“直接连接”至另一元件、与另一元件“直接耦合”或者“直接接触”时，不存在中介元件。本领域的技术人员还要了解，提到设置为与另一特征相邻的结构或者特征可以具有与该相邻特征重叠或者在其下面的部分。
空间相关的术语，诸如，“在…之下”、“在…下方”、“下”、“在…之上”、“上”等，此处可以是为了方便进行说明，用于描述如图所示的一个元件或者特征与另一（多个）元件或者（多个）特征的关系。要理解，空间相关的术语旨在囊括装置在使用时或者在操作时的除了在图中描绘的取向之外的不同取向。例如，如果在图中装置是倒置的，那么描述为在另外的元件或者特征“之下”或者“下面”的元件可以定向为在该另外的元件或者特征“之上”。因此,示例术语“在…之下”可包括“在…之下”和“在…之上”两个取向。该装置也可以另外定向（旋转90度或者在其他取向上），并且对应地解释此处使用的空间相对的描述符。类似地，除非另外特别地指明，此处使用的术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”等仅仅用于解释的目的。
在本说明中包括的是描绘了可以用于活化使用CO2的DWR的方法的示例的流程图。在以下的说明中，要理解，流程图图示的每个框以及流程图图示中的框的组合都可以通过计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可以加载到计算机或者其他可编程设备上以产生机器，从而使得在计算机或者其他可编程设备上执行的指令创建用于实施在流程图的（多个）框中规定的功能。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指导计算机或者其他可编程设备以特定方式运转，从而使得存储在计算机可读存储器中的指令产生制造品，该制造品包括实施在流程图的（多个）框中规定的功能的指导装置。计算机程序指令也可以加载到计算机或者其他可编程设备上，以使一系列操作步骤能够在计算机或者其他可编程设备中执行从而产生计算机实施过程，如此计算机或者其他可编程设备上执行的指令提供用于实施在流程图的（多个）框中规定的功能的步骤。
因此，流程图图示的框支持用于执行规定功能的装置的组合以及用于执行规定功能的步骤的组合。还要理解，流程图图示的每个框以及流程图图示中的框的组合都可以通过执行规定的功能或者步骤的基于专用硬件的计算机系统、或者专用硬件和计算机指令的组合来实施。
水分子之间氢键的推动力是水的两种特性：凝聚力和附着力。凝聚力是水自身相粘的能力。凝聚力是形成雨水的推动力。水蒸气分子结合在一起，直到它们达到分子的组合重量不能被当前大气条件支撑的程度。附着力是水结合到其他表面上的能力。这使水能够散开并且形成膜。当水与这些表面相接触时，粘合力比水的凝聚力更大。水不会粘在一起，相反，水会散开。
水还拥有高等级的表面张力。表面张力是当在水表面上的分子未被在所有侧面上的相似分子包围并且由此仅通过来自内部的分子的凝聚力拉动。表面张力是使水滴变圆以覆盖最小表面面积成为可能的原因。DWR试图降低使水更易于结合的附着力。
在织物表面上，在已经应用了DWR颗粒之后，DWR颗粒扩散以覆盖织物纤维。全氟烃链定向为与织物表面垂直。可以将其想象为是连接至聚合物骨架的微观伞。这种数不胜数的“伞”在织物上形成了低表面能量壳，其表面能量（粘附力）低于水或者油。因此，当水或者油与织物表面接触时，它们不会与全氟烃链结合，从而防止织物变湿。水结成水珠，具有高“接触角度”。水的高表面张力，结合低附着力和高凝聚力，使水形成与经DWR处理的表面拥有最小接触的水珠。处理越好，水珠越圆。基于具体织物的纤维类型和织物构造，为该织物设计最佳DWR整理剂，以在织物表面上形成微观聚合物微区的阵列（不是膜或者涂层），其氟链直立且与织物表面垂直并且彼此足够靠近以用作连续表面。该图像是表面上的大量微观伞，尖端相触，从而没有水或者油可以渗透到织物的纤维中。水或者油不能散开，迫使它们结珠，立起，并且从织物滑落。相关领域的技术人员要了解，基于硅的化学品也将它们的甲基基团定向为朝着表面，从而产生相似的“伞”阵列。以相似特性围住的这些和其他化学结构同样适用于本发明，并且为本发明所涵盖。
为了产生这数不胜数的微观伞，必须正确对齐聚合物微区。这种对齐部分地由保持在每个分子极内的能量驱动。本发明的一个或者多个实施例使用CO2清洁过程向DWR分子通入能量，引起极的最佳对齐，由此产生抗水结构。与大多数DWR化合物相关联的含氟聚合物与纺织品的单独纤维结合。这些分子倾向于将自身以钉状垂直形式排列对齐，从而减小织物相对于水的粘附力。换言之，当向含氟聚合物分子（极）通入能量时，伞都立起来，尖端相触。然而，久而久之，在这些分子内的能量可以降低或者被其他制剂占用，诸如，灰尘和油，导致伞落下。随着分子“躺下”，它们的疏水效果降低。
本发明的一个方面是能够应用初始DWR处理。与水溶液相比，液态/超临界/气态形式的CO2更加容易渗透织物。因此，作为含氟聚合物分子的输送剂，与常规技术相比，CO2可以更加均匀地并且深入地应用DWR物质。在CO2清洁循环期间，将DWR物质沉入具有CO2的溶液中，并且引入未经处理的织物。在正常清洁过程期间，DWR物质浸透织物，并且附着到织物纤维上。取决于清洁循环的浓度和时间，可以实现不同程度的DWR应用。如相关领域中的普通技术人员要了解的，通过使用本发明的液态/超临界/气态CO2输送系统，基于硅和基于氟碳的DWR成分均可得到增强。
根据本发明的另一实施例，并且另外参照图1，通过使用致密CO2清洁过程和设备，活化了（通入能量）在经DWR浸透的织物中的DWR分子。在本发明的一个版本中，清洁系统100包括搅拌篮120，并且封闭在压力容器110中。压力容器联接至各个附加部件，这些附加部件可以用于使用致密流体取得令人满意的并且成功的清洁效果。例如，压力容器110可以联接至净化槽160，可以将气态形式的致密流体从该净化槽160引入压力容器110和清洁环境中，也可将气态形式的致密流体从从压力容器110和清洁环境中引入净化槽160。另外，压力容器110可以联接至一个或者多个储槽170，若需要可以将致密流体从储槽170暂时储存并且供应至清洁过程，。
本发明的CO2清洁系统进一步包括由蒸发部件130和冷凝部件140组成的蒸馏系统135，该蒸馏系统135将致密流体转换为其气态形式，以去除在已经从弄脏的物品中排出的致密流体中的任何悬浮的污染物和溶解的污染物，并且然后，将气态形式的致密流体重新冷凝回其液态形式，以备进一步在清洁过程中使用。如在图1中进一步所示的，使从含有来自弄脏的物品125的各种污染物的压力容器收集到的致密流体通过一系列机械过滤器124、128，并且最终送入蒸发器130（蒸馏器），在该蒸发器130（蒸馏器）中，通过压力控制和/或添加热量来改变能量，将致密流体从其致密形式转换为其气态形式，从而基本上去除任何悬浮的污染物和溶解的污染物。然后，在冷凝器140中，将现在干净的气体重新冷凝为液态形式，然后通入储存容器150以备稍后在压力容器中使用。
在本发明的另一实施方式中，蒸馏系统135的蒸发器130包括内部换热器。换热器（未示出）可以包括设置为向致密流体传输热量的加热元件的线圈。来自加热线圈的能量源可以源自各种介质，诸如但不限于，致密流体、蒸汽、热水、电力、热空气和/或制冷剂。在本发明的另一实施方式中，可以将蒸汽用作热源。也可以按照使线圈浸入致密流体中的方式，将加热线圈设置在蒸煮器中。还要注意，螺旋线圈或者翅片线圈设计通过最大化了加热表面而增加了加热能力，虽然相关领域的技术人员会认识到也可以利用用于换热器的其他设计来实现相同的效果。
相关领域中的普通技术人员要了解，蒸馏是一种基于沸腾液体混合物中的成分的挥发性的差异来分离混合物的方法。蒸馏是一种物理分离过程，而不是化学反应。只有在当液体的蒸汽压力等于液体上的压力的温度下，气泡才会形成，而不是破碎再次成为溶液。在基础水平上，将物质A和B的挥发性混合物（其中，物质A具有较低的沸点）加热到其沸点产生含有A和B的混合物的蒸汽。然而，在蒸汽中，A与B之比会与在液体中的A与B之比不同。在这种情况下，蒸汽会具有较高的A浓度，这是由于A具有较低的沸点。可以将蒸汽冷凝为流体形式，并且可以重复该过程，直到可以实现所需A纯度的液体。
蒸馏处理、气态漂洗以及引入静电用于向清洁环境通入能量。将该能量的一部分转移至结合到织物纤维的DWR分子的分子结构。这些现在通入了能量的DWR分子产生相对于晶核纤维的垂直或者针状取向，这减小了纤维/水的附着力。换言之，通入能量后的DWR分子产生了抗水表面，通过该抗水表面，水的凝聚力大于在纤维与水之间的附着力。结果，水结成水珠，并且最终滚落织物。
图2表示根据本发明的一个实施例的将DWR应用至物品并且/或者活化在物品中的DWR的一种方法的流程图。该过程开始于205，将物品沉入清洁或者搅拌篮内210。位于压力容器内的篮子是可以操纵的，以在压力容器内搅拌物品，协助致密溶液的分布。篮子的搅拌和操纵增强了致密溶液渗透入物品中，以便应用DWR和/或活化DWR。相关领域中的普通技术人员要了解，沉入压力容器内的物品可以是衣物、衣服、或者随后经过处理可以形成为衣服的大块纺织品和织物。
在将物品沉入压力容器的篮子内之后，密封压力容器220，并且将致密清洁溶液引入篮子中230。根据本发明的一个实施例，将致密溶液液态/气态二氧化碳（CO2）。针对本申请，术语“流体”和/或“致密流体”用于描述物质的气态、液态和/或超临界状态、或者这些状态的任何组合。
通常，可以认为物质以三种不同相存在。这些相或者状态通常称为固体、液体或者气体。相图是物质在不同温度和压力条件下的物理状态的图形表示。典型的相图具有在Y轴上的压力和在X轴上的温度。随着在图上的线或者曲线，物质的相发生改变。而且，物质的两个相邻相在将这些区域分开的线上可以共存或者处于平衡。图上的临界点是相图中的温度和压力达到无法区别物质的液相和气相的点。超过该点，温度和压力使得存在称为超临界流体的合并单相。超出该点，流体和气体之间的区别不复存在，并且物质称为超临界流体。
超临界流体可以如气体一样扩散穿过固体，也可如液体一样溶解的材料。另外，接近临界点时，压力或者温度的细小变化导致较大的密度变化，从而能够微调超临界流体的许多特性。在许多工业实验室工艺中，超临界流体常常用于取代有机溶剂。通常，超临界流体兼具气体和液体的特性；超临界流体（以及，就这点而言，致密流体）可以包括二氧化碳、水、甲烷、乙烷、丙烷、丙烯、乙醇、丙酮和乙烯。超临界流体的一个显著特性在于在液相/气相边界之间无表面张力。通过改变流体的压力和温度，可以将性质“调节”为更像液体或者更像气体。
超临界流体提取的优点在于（与液体提取相比），由于粘度低和扩散率高，所以从纺织品提取相对较快。通过控制介质的密度，在一定程度上，提取是可以选择的。而且，对超临界流体减压并且使超临界流体回到气相易于恢复提取到的材料。蒸发过程留下很少的固体残渣。
压力和温度的变化也可以改变物质的密度，诸如，液态二氧化碳。增加压力往往增加材料的密度，而增加温度通常降低密度，但也有少数例外。例如，水的密度在其熔点范围0°C与4°C内增加。如通常已知的，水的密度大于冰的密度。
压力和温度对液体和固体的密度的影响很小。典型的液体或者固体的压缩率为10-6巴-1（1巴=0.1 MPa），并且典型的热膨胀系数为10-5:K-1。这大概意味着，将物质的体积减小1%需要大约一万多倍大气压力。1%的体积膨胀通常要求温度增加大约上千摄氏度。所以，虽然液体的密度变化基本不明显，但是从液体变为气体的点可能会受到压力和温度的极大影响。因此，针对本申请，致密流体（气态、液态或者超临界）包括基于温度或压力而在气态、液态或超临界态间变化的物质或溶液。本领域中的普通技术人员要认识到，在具有自由表面（诸如，例如，压力容器）的区域中，致密流体在其液态下会与气态形式的流体共存。
在将压力容器加压到超大气压力并且将物品引入致密清洁溶液中之后，在篮子内并且在致密溶液内，对物品进行处理240，以去除任何污染物，即，油、土、灰尘、或者可能会更改DWR的性能的其他杂质。响应于致密流体过程的结束，开始高压气态漂洗270，该高压气态漂洗向封闭在篮子内的物品通入额外的能量。高压气态漂洗生成大量的静电，这些静电活化并且向DWR分子通入能量。
在漂洗完成之后，对压力容器进行减压280，并且移出活化的DWR浸透的物品290，结束该过程。使用致密溶液的清洁过程不仅通过去除可能阻碍现有DWR特性的任何土或者污染物而使物品回到其初始状态，其还向DWR分子通入能量，将它们的结构排列对齐，以便更具凝聚力并且更有效防止水粘合。
也可以使用致密清洁系统100来将DWR成分应用至物品、衣服、纺织品等。如现有技术，将未经处理的物品沉入压力容器的篮子内210。密封压力容器220，并且开始清洁过程。
不是简单地引入致密清洁溶液从物品去除任何污染物和杂质，而是将加压致密DWR溶液引入压力容器中250。随着溶液清洁物品260，DWR成分与纺织品的纤维结合，从而，在完成清洁过程时，在其中的物品浸渍有DWR分子。相关领域中的普通技术人员要了解，将物品置入DWR致密溶液和对其进行DWR浓缩的时间、容器的压力和环境的温度可以所有不同，以便达到最佳的以及所需的DWR浸渍效果。
通过使用向仍然结合在压力容器篮子内的物品纤维的DWR分子通入能量并且将其活化的高压气态漂洗循环270，来再次增强DWR特性。在漂洗完成时，对压力容器减压280，移除刚刚浸渍并且活化的DWR物品290。
可以通过本发明的致密清洁系统100，来成功利用用于应用并且活化DWR成分的这些和其他实施方法。在本发明的上下文中，相关领域的普通技术人员鉴于本说明书将容易地理解这些实施方法及其应用的细节。
虽然已经以特定程度的特殊性对本发明进行了描述和图示，但是要理解，本公开仅仅是为了进行示例，并且在不脱离如下文的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对零部件的组合和设置进行若干改变。
本发明的优选实施例如下所述。一种用于活化耐久拒水性的方法实施例包括：
●将具有一种或者多种纤维的物品沉入压力容器内，其中物品的一种或者多种纤维结合有耐久拒水剂；
●以致密流体处理该物品以去除污染物；
●向结合到物品的一种或者多种纤维的耐久拒水剂通入能量。
一种用于活化耐久拒水性的方法的其它优选特征包括：
●其中，耐久拒水剂是全氟烃链。
●其中，耐久拒水剂基于氟化学。
●其中，耐久拒水剂基于硅化学。
●其中，耐久拒水剂基于含氟聚合物。
●其中，耐久拒水剂基于全氟辛烷磺酰基化合物。
根据权利要求1的用于活化耐久拒水性的方法，其中，耐久拒水剂基于全氟辛酸。
●其中，致密流体是超临界二氧化碳。
●其中，致密流体是液态二氧化碳。
●其中，处理包括用液态二氧化碳清洁物品。
●其中，通入能量包括使耐久拒水剂经历静电。
●其中，通入能量包括使物品经历加压气态漂洗循环，以向耐久拒水剂传递能量。
●其中，通入能量包括将来自致密流体的能量传送至耐久拒水剂。
●其中，通入能量包括将来自气态漂洗循环的能量传送至耐久拒水剂。
用于耐久拒水剂应用的另一优选实施例包括：
●将具有一种或者多种纤维的物品沉入压力容器内；
●用致密流体处理物品以去除污染物，其中，致密流体包括耐久拒水剂；以及
●向结合到物品的一种或者多种纤维的耐久拒水剂通入能量。
耐久拒水剂应用的上述方法的附加特征包括：
●其中，处理包括将耐久拒水剂与物品的一种或者多种纤维结合。
●其中，耐久拒水剂是全氟烃链。
●其中，耐久拒水剂基于氟化学。
●其中，耐久拒水剂基于硅化学。
●其中，耐久拒水剂基于含氟聚合物。
●其中，耐久拒水剂基于全氟辛烷磺酰基化合物。
●其中，耐久拒水剂基于全氟辛酸。
●其中，致密流体是液态二氧化碳。
●其中，致密流体是超临界流体。
●处理包括用液态二氧化碳清洁物品。
●其中，通入能量包括使耐久拒水剂经历静电。
●其中，通入能量包括使物品经历加压气态漂洗循环，以向耐久拒水剂传递能量。
●其中，通入能量包括将来自致密流体的能量传送至耐久拒水剂。
●其中，通入能量包括将来自气态漂洗循环的能量传送至耐久拒水剂。
用于耐久拒水剂活化的系统表示本发明的又一优选实施例。这种用于耐久拒水剂活化的系统可包括：
●压力容器，其可操作为将致密流体保持在超大气压力下；
●储槽，其流体联接至压力容器，用于储存致密流体；
●蒸馏系统，其流体联接至压力容器和储槽，其中，蒸馏系统可操作为从致密流体去除悬浮的污染物和溶解的污染物；以及
●物品，其具有一种或者多种纤维，其中，物品的一种或者多种纤维结合有耐久拒水剂，以及其中，在压力容器内在物品与致密流体之间的相互作用向耐久拒水剂通入能量。
用于耐久拒水剂活化的系统的其它特征可以包括：
●其中，蒸馏系统可操作为使用高压气体漂洗物品。
●其中，使用高压气体漂洗物品向耐久拒水剂通入能量。
●其中，由压力容器生成的静电向耐久拒水剂通入能量。
●其中，耐久拒水剂是全氟烃链。
●其中，耐久拒水剂基于含氟聚合物。
●其中，耐久拒水剂是二氧化碳。
●其进一步包括：搅拌篮，其位于压力容器内并且可操作为操纵在压力容器内的物品。
在另一实施例中，用于耐久拒水剂应用的系统包括：
●压力容器，其可操作为将致密流体保持在超大气压力下，其中，致密流体包括耐久拒水剂在溶液中；
●储槽，其流体联接至压力容器，用于储存致密流体；
●蒸馏系统，其流体联接至压力容器和储槽，其中，蒸馏系统可操作为从致密流体去除悬浮的污染物和溶解的污染物；以及
●物品，其具有一种或者多种纤维，其中，物品的一种或者多种纤维结合有耐久拒水剂，以及其中，在压力容器内在物品与致密流体之间的相互作用向结合到一种或者多种纤维的耐久拒水剂通入能量。
上述优选的耐久拒水剂应用系统的附加特征包括：
●其进一步包括：搅拌篮，其位于压力容器内并且可操作为操纵在压力容器内的物品。
●其中，蒸馏系统可操作为使用高压气体漂洗物品。
●其中，使用高压气体漂洗物品向耐久拒水剂通入能量。
●其中，由压力容器生成的静电向耐久拒水剂通入能量。
●其中，耐久拒水剂是全氟烃链。
●其中，耐久拒水剂基于含氟聚合物。
●其中，耐久拒水剂是二氧化碳。
虽然上面已经结合DWR的应用和活化对本发明的原理进行了描述，但是要清楚地了解，上述说明仅仅是示例性的，不是对本发明的范围的限制。具体地，要认识到，上述公开的教导会向相关领域的技术人员暗示其他修改。这种修改可以涉及本身已知的并且可以用于替代或者是在此处已经描述的特征之外的其他特征。虽然在本申请中已经将权利要求书阐述为特征的具体组合，但是应该理解，此处本公开的范围还包括对相关领域中的技术人员而言是显而易见的在此处明确地或者隐含地公开的任何新颖特征或者特征的任何新颖组合、或者其任何普遍化和修改，无论这些是否涉及如当前在任何权利要求项中要求的相同发明，也无论其是否缓解了如与本发明所面临的相同技术问题中的任何或者所有技术问题。申请人保留在实施本申请或者从本申请派生的任何更多申请起诉期间为这些技术特征和/或这种特征的组合规划新权利要求的权利。

Claims (35)

1.一种活化耐久拒水性的方法，所述方法包括：
将具有一种或者多种纤维的物品沉入压力容器内；
将致密流体引入到压力容器中，其中致密流体包括耐久拒水剂；
除了压力容器之外，在所述物品的纤维、致密流体和耐久拒水剂之间产生机械相互作用；以及
向结合到所述物品的一种或者多种纤维的所述耐久拒水剂通入能量。
2.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，所述耐久拒水剂是全氟烃链。
3.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，所述耐久拒水剂基于氟化学。
4.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，所述耐久拒水剂基于硅化学。
5.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，所述耐久拒水剂基于含氟聚合物。
6.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，所述耐久拒水剂基于全氟辛烷磺酞基化合物。
7.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，所述耐久拒水剂基于全氟辛酸。
8.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，所述致密流体是超临界二氧化碳。
9.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，所述致密流体是液体二氧化碳。
10.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，产生包括用液态二氧化碳清洁所述物品。
11.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，通入能量包括使所述耐久拒水剂经历静电。
12.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，通入能量包括使所述物品经历加压气态漂洗循环，以向所述耐久拒水剂传递能量。
13.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，通入能量包括将来自所述致密流体的能量传送至所述耐久拒水剂。
14.根据权利要求1所述的活化耐久拒水性的方法，其中，通入能量包括将来自气态漂洗循环的能量传送至所述耐久拒水剂。
15.一种耐久拒水剂应用方法，所述方法包括：
将具有一种或者多种纤维的物品沉入压力容器内；
在所述压力容器内将致密流体与所述物品结合以去除污染物，其中，所述致密流体包括耐久拒水剂；
在所述物品、致密流体和耐久拒水剂之间产生机械相互作用；
将所述耐久拒水剂结合到所述物品的一种或多种纤维上；以及
向结合到所述物品的一种或者多种纤维的所述耐久拒水剂通入能量。
16.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，所述耐久拒水剂是全氟烃链。
17.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，所述耐久拒水剂基于氟化学。
18.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，所述耐久拒水剂基于硅化学。
19.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，所述耐久拒水剂基于含氟聚合物。
20.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，所述耐久拒水剂基于全氟辛烷磺酞基化合物。
21.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，所述耐久拒水剂基于全氟辛酸。
22.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，所述致密流体是超临界二氧化碳。
23.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，所述致密流体是超临界流体。
24.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，产生包括用液态二氧化碳清洁所述物品。
25.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，通入能量包括使所述耐久拒水剂经历静电。
26.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，通入能量包括使所述物品经历加压气态漂洗循环，以向所述耐久拒水剂传递能量。
27.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，通入能量包括将来自所述致密流体的能量传送至所述耐久拒水剂。
28.根据权利要求15所述的耐久拒水剂应用方法，其中，通入能量包括将来自气态漂洗循环的能量传送至所述耐久拒水剂。
29.一种耐久拒水剂活化系统，所述系统包括：
致密流体，所述致密流体包括耐久拒水剂；
压力容器(110)，其可操作为将所述致密流体保持在超大气压力下；
物品(125)，所述物品(125)定位在所述压力容器内，其中所述物品包括一种或多种纤维；
储槽(150)，其流体联接至所述压力容器(110)，用于储存所述致密流体；
蒸馏系统(135)，其流体联接至所述压力容器(110)和所述储槽(150)，其中，所述蒸馏系统(135)可操作为从所述致密流体去除悬浮的污染物和溶解的污染物；以及
搅拌篮，所述搅拌篮定位在所述压力容器内并且可运动，从而除了所述压力容器外，在所述致密流体和制品之间产生机械相互作用；以及
其中，所述物品的一种或者多种纤维结合有来自所述致密流体和制品之间的机械相互作用的耐久拒水剂，以及
其中，在所述压力容器内在所述物品与所述致密流体之间的相互作用向所述结合有一种或多种纤维的耐久拒水剂通入能量。
30.根据权利要求29所述的耐久拒水剂活化系统，其中，所述蒸馏系统可操作为使用高压气体漂洗所述物品。
31.根据权利要求30所述的耐久拒水剂活化系统，其中，使用高压气体漂洗所述物品向所述耐久拒水剂通入能量。
32.根据权利要求29所述的耐久拒水剂活化系统，其中，由所述压力容器生成的静电向所述耐久拒水剂通入能量。
33.根据权利要求29所述的耐久拒水剂活化系统，其中，所述耐久拒水剂是全氟烃链。
34.根据权利要求29所述的耐久拒水剂活化系统，其中，所述耐久拒水剂基于含氟聚合物。
35.根据权利要求29所述的耐久拒水剂活化系统，其中，所述耐久拒水剂是二氧化碳。
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